EP3094686A1 - Oligomere organosilane, deren herstellung und verwendung in kautschukmischungen - Google Patents
Oligomere organosilane, deren herstellung und verwendung in kautschukmischungenInfo
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Definitions
- the present invention relates to oligomeric organosilanes, a process for their preparation and their use in rubber mixtures.
- sulfur-containing organosilicon compounds such as 3-mercaptopropyltrimethoxysilane or bis (3- [riethoxy silyl] propyl) tetrasulfan as silane coupling agent or reinforcing additive in oxide-filled
- Running surfaces and other parts of car tires (DE 2 141 159, DE 2 212 239, US 3 978 103, US 4 048 206).
- EP 0 784 072 A1 discloses rubber mixtures based on at least one elastomer with silica as filler and a reinforcing additive which is prepared by admixing or as an ⁇ in situ> reaction product of at least one functional polyorganosiloxane compound and which contains a functional component
- Organosilane included.
- monomeric building blocks in particular 3-mercaptopropyltrialkoxysilanes or
- Organosilane polysulfans known not to a
- Solid are polycondensed and the structural units A and / or B and / or C in any linear, branched or cyclic arrangement
- EP 0997489 and EP 1273613 are
- Object of the present invention is oligomeric
- organosilanes having improved processability and / or tear propagation resistance.
- the invention relates to oligomeric organosilanes containing at least two different
- Y is H, F, Cl, Br, I, SCN, SH, -S x - (CH 2 ) "SiRR or -N (R 8 ) 2 ,
- R 8 are identical or different, H, (Ci-Ci 6 ) alkyl,
- G H, F, Cl, Br, I, SCN, SH, -S x - (CH 2 ) "SiRR or -N (R 8 ) 2 , where G is not Y,
- R, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 7 independently of one another, OH, (Ci - Ci 6 ) alkyl, preferably methyl or ethyl, (C 2 - C 6 ) alkenyl, preferably C 2 alkenyl, ( C 6 -C 4 ) aryl, (C 1 -C 4 ) alkoxy,
- Hydrocarbon group preferably - (CH 2 ) 2 -, - (CH 2 ) 3 - or - (CH 2 C (CH 3 ) H) -, m on average 1 to 30, preferably 3 to 8, particularly preferably 5, and R 6 is an unsubstituted or substituted, branched or unbranched Ci - C 3 0 alkyl, preferably a Cn - Ci 9 alkyl group, C 2 -C 30
- Alkenyl preferably a C 2 alkenyl group, a C 6 -C 4
- Aryl group or a C 7 -C 40 aralkyl group
- the alkyl polyether may preferably -0- (CH 2 CH 2 -0) m - R 6, particularly preferably -0- (CH 2 CH 2 -0) 5 -R 6, very particularly preferably -0- (CH 2 CH 2 - 0) 5 - Ci 3 H 27 , be.
- oligomeric organosilanes with respect to a standard consisting of a mixture of siloxanes of vinyltrimethoxysilane may be between 400 and 100,000 g / mol, preferably between 450 and 50,000 g / mol, more preferably between 600 and 10,000 g / mol.
- the oligomeric organosilane may contain the structural units A and B and C, wherein R 7 is equal to a
- Structural units B and C may be greater than one.
- R 1 ethoxy or
- Alkylpolyether group -O- (R 5 -O) m -R 6 , R 2 ethoxy or
- the molar ratio of the molar fraction of the structural unit A to the molar fraction of the structural unit B may be greater than one.
- n 3
- Y SH
- R phenyl, propyl or octyl
- R 3 ethoxy or alkylpolyether group -O- (R 5 -O) m -R 6 .
- Structural unit A to the molar fraction of the structural unit C may be greater than one.
- the oligomeric organosilane may contain the structural units A and C and D, wherein R 7 is equal to a
- Ratio of the molar fraction of the structural unit A to the sum of the molar fractions of the structural units C and D may be greater than one.
- Structural unit A to the molar fraction of the structural unit D may be greater than one.
- the oligomeric organosilanes according to the invention can be cyclic, branched or linear via Y.
- the compounds of the invention can be used both as a single compound having a defined molecular weight, as well as a mixture of oligomers with a
- Silicon can by the molar portion of the
- Alkylpolyether group -O- (R 5 -0) m -R 6 and the molar fraction of silicon are determined.
- Alkyl polyether group -O- (R 5 -O) m -R 6 can be replaced by a
- the internal standard may be dimethyl terephthalate, naphthalene, or other internal standards for NMR spectroscopy known to those skilled in the art.
- the molar proportion of silicon can be determined by means of a method known to those skilled in the art for Determination of the Si content can be determined (for example, ASTM 6740).
- Another object of the invention is a method for
- oligomerized / polymerized wherein Y, G, R, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , n, m, u, x and z have the same meaning as defined above, and R 9 is H, F, Cl, Br, I, (C 1 -C 6 ) alkoxy, preferably methoxy or ethoxy,
- Alkylpolyetheralkohol the formula HO- (R 5 -0) m -R 6 reacts.
- the process according to the invention can be carried out in the first and in the second process step in the presence of a catalyst.
- the catalyst may be the same or different in the first and second process step.
- the catalyst can be in catalytic or
- the catalysts are in the same phase as the reaction solution (homogeneous catalysis) or are present as solids (heterogeneous catalysis) and are separated after completion of the reaction.
- the homogeneous catalysis can be carried out with a Lewis acid such as tetrabutyl orthotitanate or nucleophile with ammonium fluoride or heterogeneously with alumina.
- the basic catalysis can be carried out with a Lewis acid such as tetrabutyl orthotitanate or nucleophile with ammonium fluoride or heterogeneously with alumina.
- nucleophilic catalysis can be done with any fluorides, for example
- Ammonium fluoride sodium fluoride, potassium fluoride or
- Acid catalysis can be carried out with dilute aqueous mineral acids or solutions of
- Lewis acids are made in water.
- the catalysis can be carried out with dilute aqueous HCl or sulfuric acid, wherein 0.1 mol% catalyst is used on the amount of silane used.
- the catalyst used can be tetrabutyl orthotitanate, KOH, NaOH, ammonium fluoride or HCl. Particular preference may be given to using HCl in the first process step and tetrabutyl orthotitanate as catalyst in the second process step.
- the process according to the invention can be carried out in the presence of a solvent.
- the oligomerization / polymerization reaction takes place with addition of water with elimination of alcohol,
- Hydrogen halide or hydrogen can be in
- aromatic solvents such as chlorobenzene, a
- halogenated hydrocarbon such as chloroform
- Methylene chloride an ether such as diisopropyl ether, tert. Butyl methyl ether, tetrahydrofuran or diethyl ether,
- Isopropyl acetate an alcohol, for example methanol, ethanol, n-propanol, i-propanol, n-butanol, sec. Butanol or tert. Butanol be performed.
- Preferred solvents are ethanol or ethyl acetate.
- the second process step can be carried out without further addition of a solvent.
- the compounds of the formula I can be, for example
- the compounds of formula II can be bis (3- [triethoxysilyl] propyl) disulfane,
- the compounds of the formula III can be, for example, methyltrimethoxysilane,
- the catalyst can be deactivated, preferably by
- Another object of the invention is the use of organosilanes according to the invention in rubber mixtures. Another object of the invention are
- Rubber mixtures containing the oligomeric organosilanes according to the invention Rubber mixtures containing the oligomeric organosilanes according to the invention.
- Rubber mixtures can be used for the production of moldings, in particular pneumatic tires or tire treads.
- the rubber mixtures of the invention may include rubber, filler, preferably precipitated silica, optionally further rubber auxiliaries, and at least one oligomeric
- Organosilane included.
- the oligomeric organosilanes can be used in amounts of from 0.1 to 15% by weight, based on the amount of the rubber used.
- Organosilane in rubber mixing processes significantly reduces the unpleasant release of alcohol due to the precondensation that has already taken place. Compared with the usual way of working, for example, by simple
- the oligomeric organosilanes can be added to the mixing process both in pure form and applied to an inert organic or inorganic carrier.
- Preferred support materials are silicas, natural or synthetic silicates, alumina or carbon blacks.
- Carbon blacks The carbon blacks to be used in this case are prepared by the flame black, furnace or gas black process and have BET surface areas of 20 to 200 m 2 / g, such as SAF, ISAF, HSAF, HAF, FEF or GPF carbon blacks.
- the carbon blacks may also contain heteroatoms such as Si
- Silicas preferably precipitated silicas, for example prepared by precipitation of solutions of silicates or flame hydrolysis of
- Silicon halides with specific surface areas of 5 to 1000, preferably 20 to 400 m 2 / g (BET surface area) and with primary particle sizes of 10 to 400 nm.
- the silicas may optionally also as mixed oxides with other metal oxides, such as Al-, Mg-, Ca , Ba, Zn and titanium oxides are present.
- Synthetic silicates such as aluminum silicate
- Alkaline earth silicates such as magnesium silicate or calcium silicate, with BET surface areas of 20 to 400 m 2 / g and primary particle diameters of 10 to 400 nm.
- BET surface areas 20 to 400 m 2 / g and primary particle diameters of 10 to 400 nm.
- Natural silicates such as kaolin and other naturally occurring silicas.
- Glass fibers and glass fiber products (mats, strands) or glass microspheres.
- the fillers mentioned can be used alone or in a mixture. In a particularly preferred
- Synthetic rubbers are suitable for the production of rubber mixtures according to the invention in addition to natural rubber.
- Preferred synthetic rubbers are described, for example, in W. Hofmann, Kautschuktechnologie, Genter Verlag, Stuttgart 1980. They include u. a.
- Styrene / butadiene copolymers having styrene contents of 1 to 60, preferably 2 to 50 wt.% (SBR)
- EPDM Ethylene / propylene / diene copolymers
- the rubber vulcanizates of the invention may contain further rubber auxiliary products, such as
- Reaction accelerator anti-aging agent
- Heat stabilizers Light stabilizers, antiozonants, processing aids, plasticizers, tackifiers,
- Propellants dyes, pigments, waxes, extenders, organic acids, retarders, metal oxides and
- Activators such as triethanolamine, polyethylene glycol,
- Hexane triol known to the rubber industry.
- the rubber auxiliaries are used in customary amounts, which depend inter alia on the intended use. Typical amounts are, for example, amounts of from 0.1 to 50% by weight, based on rubber.
- the oligomeric organosilanes can serve alone as crosslinkers. In general, the addition of other crosslinkers is recommended. As further known crosslinkers sulfur or peroxides can be used.
- the rubber mixtures according to the invention may additionally contain vulcanization accelerators.
- Suitable vulcanization accelerators are mercaptobenzothiazoles, sulfenamides, guanidines, thiurams, dithiocarbamates, thioureas and thiocarbonates.
- the vulcanization accelerators and sulfur or peroxides can be used in amounts of 0.1 to 10 wt .-%, preferably 0.1 to 5 wt .-%, based on rubber.
- the vulcanization of the rubber mixtures according to the invention can be carried out at temperatures of 100 to 200 ° C, preferably 130 to 180 ° C, optionally under pressure of 10 to 200 bar.
- oligomeric organosilanes according to the invention can in conventional mixing equipment, such as rollers, internal mixers and
- the rubber vulcanizates according to the invention are suitable for the production of
- the rubber mixtures according to the invention can be used for the production of tires, profiles, cable sheaths, hoses, drive belts, conveyor belts, tire coverings,
- the oligomeric organosilanes according to the invention have hab
- Rubber compounds have the advantage of improved Processability and / or improved
- Groups may be the 13 C-NMR known to those skilled in the art
- Molar mass distribution can by means of
- Vinyltrimethoxysilane (vinyltrimethoxysilane, divinyltetramethoxydisiloxane, trivinylhexamethoxytrisiloxane,
- VP Si 263® (417 g) and Si 69® (466 g) are introduced into a stirring apparatus and heated to 98.degree.
- a mixture of H 2 O (38 g) and conc. HCl (0.3 g, 37%) in EtOH (363 g) is added dropwise and then stirred for 8 h. After completion of the oligomerization reaction, the solvent and the resulting hydrolysis alcohol is removed under vacuum.
- Si 69® (240 g) and PTEO (464 g) are placed in a stirred apparatus and heated to 75 ° C.
- a mixture of H 2 0 (45 g) and conc. HCl (0.5 g, 37%) in EtOH (436 g) is added dropwise and then stirred for 12 h.
- EtOH 436 g
- the bottom product (518 g,> 99% of theory) is a viscous, yellow liquid.
- the polymer VSL 5025-2 is a polymerized in solution SBR copolymer from Bayer AG, with a
- the copolymer contains 37.5 phr of TDAE oil and has
- the polymer Buna CB 24 is a cis-1,4-polybutadiene (neodymium type) from Bayer AG, with a cis-1,4-content of at least 96% and a Mooney viscosity of 44 + 5.
- Ultrasil 7000 GR is an easily dispersible silica from Evonik Industries AG and has a BET surface area of 170 m 2 / g.
- Vulkanox 4020 is 6PPD the
- ZnO RS is ZnO
- Palmitic stearic acid from Caldic Deutschland GmbH & Co. KG,
- Aktiplast ST is a plasticizer of the
- Rhenogran DPG-80 consists of 80% DPG on an EVA / EPDM carrier of RheinChemie and Vulkacit CZ is CBS of Lanxess Europe GmbH & Co. KG.
- Perkacit TBzTD tetrabenzyl thiuram disulfide
- the rubber mixture is prepared in three stages in an internal mixer according to Table 2.
- Table 2 Table 2:
- the rubber test is carried out according to the test methods given in Table.
- the vulcanization takes place at a temperature of 165 ° C and a duration of 15 minutes.
- Table 4 gives the rubber specifications for raw mixture and vulcanizate.
Landscapes
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Abstract
Oligomere Organosilane, deren Herstellung und Verwendung in Kautschukmischungen Die vorliegende Erfindung betrifft oligomere Organosilane enthaltend mindestens zwei unterschiedliche Struktureinheiten innerhalb eines Moleküls ausgewählt aus den Struktureinheiten A, B, C oder D verknüpft in beliebiger linearer, verzweigter oder zyklischer Anordnung wobei mindestens eine Gruppe R, R1, R2, R3, R4 oder R7 eine Alkylpolyethergruppe –O-(R5-O)n-R6 ist, deren Herstellung und deren Verwendung in Kautschukmischungen.
Description
Oligomere Organosilane, deren Herstellung und Verwendung in
Kautschukmischungen
Die vorliegende Erfindung betrifft oligomere Organosilane, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung in Kautschukmischungen.
Es ist bekannt, schwefelhaltige Organosiliciumverbindungen wie 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan oder Bis- ( 3- [ riethoxy silyl ] -propyl ) tetrasulfan als Silanhaftvermittler oder Verstärkungsadditiv in oxidisch gefüllten
Kautschukmischungen einzusetzen, unter anderem für
Laufflächen und andere Teile von Autoreifen (DE 2 141 159, DE 2 212 239, US 3 978 103, US 4 048 206) .
Aus EP 0 784 072 AI sind Kautschukmischungen auf der Basis mindestens eines Elastomers mit Kieselsäure als Füllstoff und einem Verstärkungsadditiv bekannt, das durch Abmischung oder als < in situ > Reaktionsprodukt aus wenigstens einer funktionellen Polyorganosiloxanverbindung hergestellt wird und die als weiteren Bestandteil ein funktionelles
Organosilan enthalten. Als monomere Bausteine werden insbesondere 3-Mercaptopropyltrialkoxysilane oder
Bis (trialkoxysilylpropyl) tetrasulfane verwendet, die jeweils 3 bzw. 6 Alkoxysubstituenten tragen.
Desweiteren sind aus EP 0964021 oligomere
Organosilanpolysulfane bekannt, die nicht zu einem
Feststoff polykondensiert sind und die Struktureinheiten A und/oder B und/oder C in beliebiger linearer, verzweigter oder zyklischer Anordnung
B
enthalten .
Aus WO 2006/037380, EP 0997489 und EP 1273613 sind
ebenfalls oligomere Organosilane bekannt.
Nachteil der bekannten Oligo-/Polysiloxane ist die
schlechte Verarbeitbarkeit und der schlechte
Weiterreißwiderstand .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, oligomere
Organosilane zur Verfügung zu stellen, die verbesserte Verarbeitbarkeit und/oder Weiterreißwiderstand aufweisen.
Gegenstand der Erfindung sind oligomere Organosilane, enthaltend mindestens zwei unterschiedliche
Struktureinheiten innerhalb eines Moleküls ausgewählt aus den Struktureinheiten A, B, C oder D verknüpft in
beliebiger linearer, verzweigter oder zyklischer Anordnung
Y
(CH2)n R^ R^
I
-Si— O- -Si— (CH2)n-Sz— (CH2)n-Si-0-
R' R1 R
B
wobei Y = H, F, Cl, Br, I, SCN, SH, -Sx- (CH2)„SiRR oder -N(R8)2,
R8 gleich oder verschieden sind, H, (Ci-Ci6) Alkyl ,
vorzugsweise C4-Alkyl, -(CH2)2NH2, - (CH2) 2NH- (CH2) 2NH2 oder - (CH2)2N[ (CH2)2NH2]2,
mit n = 1-8, vorzugsweise n = 2 oder 3,
G = H, F, Cl, Br, I, SCN, SH, -Sx- (CH2)„SiRR oder -N(R8)2, wobei G ungleich Y ist,
R, R1, R2, R3, R4, R7 unabhängig voneinander, OH, ( Ci - Ci6)Alkyl, vorzugsweise Methyl oder Ethyl, ( C2 - Ci 6 ) Alkenyl , vorzugsweise C2-Alkenyl, ( C6 - Ci4 ) Aryl, ( C1-C4) Alkoxy,
vorzugsweise Methoxy oder Ethoxy, eine OSiR1R2R3-Gruppe oder eine Alkylpolyethergruppe -O- (R5-0) m-R6, mit R5 gleich oder verschieden, eine verzweigte oder unverzweigte, gesättigte oder ungesättigte, aliphatische zweibindige C1-C30
Kohlenwasserstoffgruppe, vorzugsweise -(CH2)2-, -(CH2)3- oder - (CH2C (CH3) H) -, m im Mittel 1 bis 30, vorzugsweise 3 bis 8, besonders bevorzugt 5, und R6 eine unsubstituierte oder substituierte, verzweigte oder unverzweigte Ci - C3 0 Alkyl-, vorzugsweise eine Cn - Ci 9 Alkylgruppe, C2-C30
Alkenyl-, bevorzugt eine C2 Alkenylgruppe, eine C6 - Ci4
Arylgruppe, oder eine C7-C40 Aralkylgruppe ist,
x im statistischen Mittel 1 - 6, vorzugsweise 2 - 4, z im statistischen Mittel 1 - 6, vorzugsweise 2 - 4, welche dadurch gekennzeichnet sind, dass mindestens eine Gruppe R, R1, R2, R3, R4 oder R7 eine Alkylpolyethergruppe - 0- (R5-0)m-R6 ist.
Die Alkylpolyethergruppe kann vorzugsweise -0- (CH2CH2-0) m- R6, besonders bevorzugt -0- (CH2CH2-0) 5-R6, ganz besonders bevorzugt -0- (CH2CH2-0) 5 - Ci3H27, sein. Die relative Molmasse, gemessen mit GPC, der
erfindungsgemäßen oligomeren Organosilane in Bezug zu einem Standard, bestehend aus einer Mischung von Siloxanen des Vinyltrimethoxysilans , kann zwischen 400 und 100000 g/mol, vorzugsweise zwischen 450 und 50000 g/mol, besonders bevorzugt zwischen 600 und 10000 g/mol, sein.
Das oligomere Organosilan kann die Struktureinheiten A und B und C enthalten, wobei R7 gleich einer
Alkylpolyethergruppe -0- (R5-0) m-R6 , vorzugsweise mit R5 = - CH2CH2 - , m = 5 und R6 = - Ci3H27 , ist. Dabei kann in der
Struktureinheit A, n = 3, Y = SH, in der Struktureinheit B, R1 = Ethoxy oder Alkylpolyethergruppe -0- (R5-0) m-R6, R2 = Ethoxy oder Alkylpolyethergruppe -0- (R5-0) m-R6, n = 3, z = 2-4, und in der Struktureinheit C, R = Phenyl, Propyl oder Oktyl und R3 = Ethoxy oder Alkylpolyethergruppe -0-(R5-0)m- R6 sein. Das molare Verhältnis des molaren Anteils der Struktureinheit A zur Summe der molaren Anteile der
Struktureinheiten B und C kann größer eins sein.
Das oligomere Organosilan kann die Struktureinheiten A und B enthalten, wobei R7 gleich einer Alkylpolyethergruppe -0- (R5-0)m-R6, vorzugsweise mit R5 = -CH2CH2-, m = 5 und R6 = - Ci3H27, ist. Dabei kann in der Struktureinheit A, n = 3, Y = SH und in der Struktureinheit B, R1 = Ethoxy oder
Alkylpolyethergruppe -0- (R5-0) m-R6, R2 = Ethoxy oder
Alkylpolyethergruppe -0- (R5-0) m-R6, n = 3, z = 2-4 sein. Das molare Verhältnis des molaren Anteils der Struktureinheit A zum molaren Anteil der Struktureinheit B kann größer eins sein .
Das oligomere Organosilan kann die Struktureinheiten A und C enthalten, wobei R7 gleich einer Alkylpolyethergruppe -0- (R5-0)m-R6, vorzugsweise mit R5 = -CH2CH2-, m = 5 und R6 = - C13H27, ist. Dabei kann in der Struktureinheit A, n = 3, Y = SH und in der Struktureinheit C, R = Phenyl, Propyl oder Oktyl, R3 = Ethoxy oder Alkylpolyethergruppe -0- (R5-0) m-R6 sein. Das molare Verhältnis des molaren Anteils der
Struktureinheit A zum molaren Anteil der Struktureinheit C kann größer eins sein.
Das oligomere Organosilan kann die Struktureinheiten A und C und D enthalten, wobei R7 gleich einer
Alkylpolyethergruppe -0- (R5-0) m-R6 , vorzugsweise mit R5 = - CH2CH2-, m = 5 und R6 = -Ci3H27, ist. Dabei kann in der
Struktureinheit A, n = 3, Y = SH, in der Struktureinheit C, R = Phenyl, Propyl oder Oktyl und R3 = Ethoxy oder
Alkylpolyethergruppe -0- (R5-0) m-R6 und in der
Struktureinheit D, G = Cl oder NH2, n = 3, R4 = Ethoxy oder
Alkylpolyethergruppe -0- (R5-0) m-R6 sein. Das molare
Verhältnis des molaren Anteils der Struktureinheit A zur Summe der molaren Anteile der Struktureinheiten C und D kann größer eins sein. Das oligomere Organosilan kann die Struktureinheiten A und D enthalten, wobei R7 gleich einer Alkylpolyethergruppe -O- (R5-0) m-R6, vorzugsweise mit R5 = -CH2CH2-, m = 5 und R6 = - Ci3H27, ist. Dabei kann in der Struktureinheit A, n = 3, Y = SH, und in der Struktureinheit D, G = Cl oder NH2, n = 3, R4 = Ethoxy oder Alkylpolyethergruppe -O- (R5-0) m-R6 sein. Das molare Verhältnis des molaren Anteils der
Struktureinheit A zum molaren Anteil der Struktureinheit D kann größer eins sein.
Die erfindungsgemäßen oligomeren Organosilane können dabei über Y zyklisch, verzweigt oder linear ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen können sowohl als einzelne Verbindung mit einem definierten Molekulargewicht, als auch als Oligomerengemisch mit einer
Molekulargewichtsverteilung vorliegen.
Das molare Verhältnis der Alkylpolyethergruppe -O- (R5-0) m-R6 zu Silicium in dem oligomeren Organosilan kann > 0 und <= 2,0, vorzugsweise > 0,1 und <= 1,0, sein. Das molare
Verhältnis der Alkylpolyethergruppe -O- (R5-0) m-R6 zu
Silicium kann durch den molaren Anteil der
Alkylpolyethergruppe -O- (R5-0) m-R6 und den molaren Anteil an Silicium ermittelt werden. Der molare Anteil der
Alkylpolyethergruppe -O- (R5-0) m-R6 kann durch eine dem
Fachmann bekannte 13C-NMR Spektroskopie Methode unter
Verwendung eines internen Standards bestimmt werden. Der interne Standard kann Dimethylterephthalat , Naphthalin, oder weitere dem Fachmann bekannte interne Standards für die NMR Spektroskopie sein. Der molare Anteil an Silicium kann mit Hilfe einer dem Fachmann bekannten Methode zur
Bestimmung des Si-Gehaltes ermittelt werden (zum Beispiel ASTM 6740) .
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur
Herstellung der erfindungsgemäßen oligomeren Organosilane, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man in einem ersten Verfahrensschritt die Verbindungen der Formel I-IV
R l33 (CH2)n
I
Si— R9 R9-Si
R R
IV
entsprechend dem molaren Verhältnis in Gegenwart von Wasser bei Temperaturen von 0-150°C, vorzugsweise von 20-130°C, besonders bevorzugt 80-120°C, oligomerisiert/polymerisiert , wobei Y, G, R, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, n, m, u, x und z die gleiche Bedeutung haben, wie oben definiert, und R9 gleich H, F, Cl, Br, I, (Ci-Ci6) Alkoxy, vorzugsweise Methoxy oder Ethoxy, ist,
und in einem zweiten Verfahrensschritt mit einem
Alkylpolyetheralkohol der Formel HO- (R5-0) m-R6 umsetzt.
Das erfindungsmäßige Verfahren kann im ersten und im zweiten Verfahrensschritt in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt werden. Dabei kann der Katalysator im ersten und zweiten Verfahrensschritt gleich oder verschieden sein. Der Katalysator kann dabei in katalytischen oder
stöchiometrischen Mengen zugesetzt werden. Dabei sind alle
Arten von sauren, basischen oder nukleophilen
Katalysatoren, die dem Fachmann von der SOLGEL-Chemie von Alkoxysilanen bekannt sind (siehe z.B. R. Corriu, D.
Leclercq, Angew. Chem. 1996, 108, 1524-1540), auch für die Oligomerisierung im Sinne der Erfindung geeignet. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Katalysatoren in gleicher Phase wie die Reaktionslösung vorliegen (homogene Katalyse) oder als Feststoffe vorliegen (heterogene Katalyse) und nach beendeter Reaktion abgetrennt werden. Bevorzugt kann die homogene Katalyse mit einer Lewissäure, wie beispielsweise Tetrabutylorthotitanat oder nukleophil mit Ammoniumfluorid oder heterogen mit Aluminiumoxid durchgeführt werden. Die basische Katalyse kann
beispielsweise mit einer organischen Base wie Triethylamin, Tetramethylpiperidin, Tributylamin oder Pyridin oder mit einer anorganischen Base wie NaOH, KOH, Ca(OH)2, Na2C03, K2C03, CaC03, CaO, NaHC03, KHC03 oder Alkoholaten wie NaOCH3 oder NaOC2H5 erfolgen. Die nukleophile Katalyse kann mit beliebigen Fluoriden geschehen, beispielsweise
Ammoniumfluorid, Natriumfluorid, Kaliumfluorid oder
beliebigen Tetraalkylammoniumfluoriden wie
Tetrabutylammoniumfluorid . Die saure Katalyse kann mit verdünnten wäßrigen Mineralsäuren oder Lösungen von
Lewissäuren in Wasser erfolgen. Bevorzugt kann die Katalyse mit verdünnter wäßriger HCl oder Schwefelsäure erfolgen, wobei 0,1 mol-% Katalysator auf die eingesetzte Silanmenge verwendet wird.
Ganz bevorzugt kann als Katalysator Tetrabutylorthotitanat, KOH, NaOH, Ammoniumfluorid oder HCl eingesetzt werden. Insbesondere bevorzugt kann in dem ersten Verfahrensschritt HCl und im zweiten Verfahrensschritt Tetrabutylorthotitanat als Katalysator eingesetzt werden.
Das erfindungsmäßige Verfahren kann in Gegenwart eines Lösungsmittels durchgeführt werden.
Die Oligomerisations-/Polymerisationsreaktion erfolgt bei Zugabe von Wasser unter Abspaltung von Alkohol,
Halogenwasserstoff oder Wasserstoff und kann dabei in
Substanz oder in einem inerten organischen Lösungsmittel oder Gemischen davon, wie beispielsweise in einem
aromatischen Lösungsmittel wie Chlorbenzol, einem
halogenierten Kohlenwasserstoff, wie Chloroform,
Methylenchlorid, einem Ether wie Diisopropylether, tert. Butylmethylether, Tetrahydrofuran oder Diethylether,
Acetonitril oder Carbonsäureester, beispielsweise
Essigsäureethylester, Essigsäuremethylester oder
Essigsäureisopropylester, einem Alkohol, beispielsweise Methanol, Ethanol, n-Propanol, i-Propanol, n-Butanol, sec. Butanol oder tert. Butanol, durchgeführt werden. Bevorzugte Lösungsmittel sind dabei Ethanol oder Essigsäureethylester.
Der zweite Verfahrensschritt kann ohne weitere Zugabe eines Löungsmittels durchgeführt werden.
Die Verbindungen der Formel I können beispielsweise
3-Mercaptopropyltrimethoxysilan,
3-Mercaptopropyltriethoxysilan,
Bis- (3- [ riethoxysilyl ] -propyl) disulfan,
Bis- (3- [Triethoxysilyl] -propyl) trisulfan,
Bis- (3- [Triethoxysilyl] -propyl) tetrasulfan,
3-Thiocyanatopropyltrimethoxysilan,
3-Thiocyanatopropyltriethoxysilan,
3-Aminopropyltrimethoxysilan,
Die Verbindungen der Formel II können beispielswe Bis- (3- [ Triethoxysilyl ] -propyl) disulfan,
Bis- (3- [Triethoxysilyl] -propyl) trisulfan oder
Bis- (3- [Triethoxysilyl] -propyl) tetrasulfan sein.
Die Verbindungen der Formel III können beispielsweise Methyltrimethoxysilan,
Methyltriethoxysilan,
Phenyltrimethoxysian,
Phenyltriethoxysian,
Propyltrimethoxysilan,
Propyltriethoxysilan,
Oktyltrimethoxysilan,
Oktyltriethoxysilan,
Hexadecyltrimethoxysilan,
Hexadecyltriethoxysilan,
Dimethyldimethoxysilan,
Dimethyldiethoxysilan oder
Dichlordimethylsilan sein.
Die Verbindungen der Formel IV können beispielswe
3-Mercaptopropyltrimethoxysilan,
3-Mercaptopropyltriethoxysilan,
Bis- (3- [Triethoxysilyl] -propyl) disulfan,
Bis- (3- [ riethoxysilyl ] -propyl) trisulfan,
Bis- (3- [Triethoxysilyl] -propyl) tetrasulfan,
3-Thiocyanatopropyltrimethoxysilan,
3-Thiocyanatopropyltriethoxysilan,
3-Chlorpropyltrimethoxysilan,
3-Chlorpropyltriethoxysilan,
3-Aminopropyltrimethoxysilan,
3-Aminopropyltriethoxysilan,
sein Nach erfolgter Reaktion können die leichtflüchtigen
Bestandteile in einer dem Fachmann bekannter Weise, vorzugsweise durch Destillation entfernen werden. Der Katalysator kann deaktiviert, vorzugsweise durch
Neutralisation, oder entfernt, vorzugsweise durch
Filtration, werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Organosilane in Kautschukmischungen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind
Kautschukmischungen, die die erfindungsgemäßen oligomeren Organosilane enthalten. Die erfindungsgemäßen
Kautschukmischungen können zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere Luftreifen oder Reifenlaufflächen, eingesetzt werden .
Die erfindungsgemäßen Kautschukmischungen können Kautschuk, Füllstoff, vorzugsweise gefällte Kieselsäure, ggf. weitere Kautschukhilfsmittel, sowie mindestens ein oligomeres
Organosilan, enthalten. Die oligomeren Organosilane können in Mengen von 0,1 bis 15 Gew-% bezogen auf die Menge des eingesetzten Kautschuks, eingesetzt werden.
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen oligomeren
Organosilane in Kautschukmischprozessen reduziert sich deutlich die unangenehme Alkoholfreisetzung aufgrund der bereits erfolgten Vorkondensation. Verglichen mit der üblichen Arbeitsweise, beispielsweise durch einfache
Verwendung von Bis- ( 3- [ riethoxysilyl ] -propyl ) -tetrasulfan (TESPT) als Haftvermittler verringert sich die
Alkoholentwicklung während des Mischprozesses.
Die Zugabe der erfindungsgemäßen oligomeren Organosilane sowie die Zugabe der Füllstoffe erfolgt bevorzugt bei
Massetemperaturen von 100 bis 200 °C, sie kann jedoch auch später bei tieferen Temperaturen (40 bis 100 °C) , z.B.
zusammen mit weiteren Kautschukhilfsmitteln erfolgen.
Die oligomeren Organosilane können sowohl in reiner Form als auch aufgezogen auf einen inerten organischen oder anorganischen Träger dem Mischprozeß zugegeben werden.
Bevorzugte Trägermaterialien sind Kieselsäuren, natürliche oder synthetische Silikate, Aluminiumoxid oder Ruße.
Als Füllstoffe können für die erfindungsgemäßen
Kautschukmischungen eingesetzt werden:
Ruße: Die hierbei zu verwendenden Ruße sind nach dem Flammruß-, Furnace- oder Gasruß-Verfahren hergestellt und besitzen BET-Oberflachen von 20 bis 200 m2/g, wie z.B.SAF-, ISAF-, HSAF-, HAF-, FEF- oder GPF-Ruße . Die Ruße können ggf. auch Heteroatome wie z.B. Si
enthalten .
Kieselsäuren, vorzugsweise gefällte Kieselsäuren, beispielsweise hergestellt durch Fällung von Lösungen von Silikaten oder Flammenhydrolyse von
Siliciumhalogeniden mit spezifischen Oberflächen von 5 bis 1000, vorzugsweise 20 bis 400 m2/g (BET-Oberfläche) und mit Primärteilchengrößen von 10 bis 400 nm. Die Kieselsäuren können gegebenenfalls auch als Mischoxide mit anderen Metalloxiden, wie AI-, Mg-, Ca-, Ba-, Zn- und Titanoxiden vorliegen.
Synthetische Silikate, wie Aluminiumsilikat,
Erdalkalisilikate wie Magnesiumsilikat oder - Calciumsilikat , mit BET-Oberflächen von 20 bis 400 m2/g und Primärteilchendurchmessern von 10 bis 400 nm. - Natürliche Silikate, wie Kaolin und andere natürlich vorkommende Kieselsäuren.
Glasfasern und Glasfaserprodukte (Matten, Stränge) oder Mikroglaskugeln .
Bevorzugt können Ruße mit BET-Oberflächen von 20 bis 400 m2/g oder hochdisperse Kieselsäuren, hergestellt durch
Fällung von Lösungen von Silikaten, mit BET-Oberflächen von 20 bis 400 m2/g in Mengen von 5 bis 150 Gew. -Teilen, jeweils bezogen auf 100 Teile Kautschuk, eingesetzt werden.
Die genannten Füllstoffe können alleine oder im Gemisch eingesetzt werden. In einer besonders bevorzugten
Ausführung des Verfahrens können 10 bis 150 Gew. -Teile helle Füllstoffe, gegebenenfalls zusammen mit 0 bis 100 Gew. -Teilen Ruß, sowie 0,3 bis 10 Gew. -Teile eines
erfindungsgemäßen oligomeren Organosilans , jeweils bezogen auf 100 Gew. -Teile Kautschuk, zur Herstellung der
Mischungen eingesetzt werden.
Für die Herstellung erfindungsgemäßer Kautschukmischungen eignen sich neben Naturkautschuk auch Synthesekautschuke. Bevorzugte Synthesekautschuke sind beispielsweise bei W. Hofmann, Kautschuktechnologie, Genter Verlag, Stuttgart 1980, beschrieben. Sie umfassen u. a.
Polybutadien (BR) - Polyisopren (IR)
Styrol/Butadien-Copolymerisate mit Styrolgehalten von 1 bis 60, vorzugsweise 2 bis 50 Gew.-% (SBR)
Isobutylen/Isopren-Copolymerisate (HR)
Butadien/Acrylnitril-Copolymere mit Acrylnitrilgehalten von 5 bis 60, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-% (NBR) teilhydrierter oder vollständig hydrierter NBR- Kautschuk (HNBR)
Ethylen/Propylen/Dien-Copolymerisate (EPDM) sowie Mischungen dieser Kautschuke. Für die Herstellung von Kfz-Reifen sind insbesondere anionisch polymerisierte L-
SBR-Kautschuke mit einer Glastemperatur oberhalb von -50 °C sowie deren Mischungen mit Dienkautschuken von Interesse.
Die erfindungsgemäßen Kautschukvulkanisate können weitere Kautschukhilfsprodukte enthalten, wie
Reaktionsbeschleuniger, Alterungsschutzmittel,
Wärmestabilisatoren, Lichtschutzmittel, Ozonschutzmittel, Verarbeitungshilfsmittel, Weichmacher, Tackifier,
Treibmittel, Farbstoffe, Pigmente, Wachse, Streckmittel, organische Säuren, Verzögerer, Metalloxide sowie
Aktivatoren, wie Triethanolamin, Polyethylenglykol ,
Hexantriol, die der Kautschukindustrie bekannt sind.
Die Kautschukhilfsmittel werden in üblichen Mengen, die sich unter anderem nach dem Verwendungszweck richten, eingesetzt. Übliche Mengen sind z.B. Mengen von 0,1 bis 50 Gew.-% bezogen auf Kautschuk. Die oligomeren Organosilane können alleine als Vernetzer dienen. In der Regel empfiehlt sich die Zugabe von weiteren Vernetzern. Als weitere bekannte Vernetzer können Schwefel oder Peroxide eingesetzt werden. Die erfindungsgemäßen Kautschukmischungen können darüber hinaus Vulkanisationsbeschleuniger enthalten.
Beispiele für geeignete Vulkanisationsbeschleuniger sind Mercaptobenzthiazole, Sulfenamide, Guanidine, Thiurame, Dithiocarbamate, Thioharnstoffe und Thiocarbonate . Die Vulkanisationsbeschleuniger und Schwefel oder Peroxide können in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0.1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf Kautschuk, eingesetzt werden.
Die Vulkanisation der erfindungsgemäßen Kautschukmischungen kann bei Temperaturen von 100 bis 200 °C, bevorzugt 130 bis 180 °C, gegebenenfalls unter Druck von 10 bis 200 bar erfolgen. Die Abmischung der Kautschuke mit dem Füllstoff, gegebenenfalls Kautschukhilfsmitteln und den
erfindungsgemäßen oligomeren Organosilanen kann in üblichen Mischaggregaten, wie Walzen, Innenmischern und
Mischextrudern, durchgeführt werden. Die erfindungsgemäßen Kautschukvulkanisate eignen sich zur Herstellung von
Formkörpern. Die erfindungsgemäßen Kautschukmischungen können zur Herstellung von Reifen, Profile, Kabelmänteln, Schläuchen, Treibriemen, Förderbänder, Reifenbeläge,
Schuhsohlen, Dichtungsringe und Dämpfungselemente verwendet werden . Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind oligomere
Organosilane erhältlich nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren .
Die erfindungsgemäßen oligomeren Organosilane hab
Kautschukmischungen den Vorteil der verbesserten
Verarbeitbarkeit und/oder verbesserten
Weiterreißwiderstand .
Zur Bestimmung der SH- (Mercapto) , S2- (Disulfan) , S3- (Trisulfan) , Sx- (Polysulfan mit x >3) Verteilung kann die dem Fachmann bekannte 1H-NMR Spektroskopie verwendet werden .
Zur Bestimmung des molaren Anteils an SiOEt und SiOR
Gruppen kann die dem Fachmann bekannte 13C-NMR
Spektroskopie verwendet werden. Ferner kann zur Bestimmung des Monomerengehalts sowie von M-, D- und T-Strukturen dem Fachmann ebenfalls wohl
bekannte 29Si-NMR Spektroskopie eingesetzt werden.
Die Bestimmung von relativen Molmassen sowie der
Molmassenverteilung kann mittels
Gelpermeationschromatographie (GPC) erfolgen. Das GPC-
Analyseverfahren wird u.a. in „Modern Size-Exclusion Liquid Chromatography" , Andre Striegel et al, Verlag Wiley & Sons, 2. Aufl. 2009, ausführlich beschrieben. Dabei wird zur Kalibrierung der Methode für Siloxananalysen als Standard beispielsweise eine Mischung von Siloxanen des
Vinyltrimethoxysilans (Vinyltrimethoxysilan, Divinyltetra- methoxydisiloxan, Trivinylhexamethoxytrisiloxan,
Tetravinyloctamethoxytetrasiloxan) verwendet. Verwendete Säulen (MZ-Analysetechnik) : Säulen: 50x8.0 mm, MZ-Gel
SDplus (Styrol-/Divinylbenzol-Copolymer mit hohem
Vernetzungsgrad, spärische Teilchenform) , Porosität 50A (Angstroem, Ä) , 5 ym (Mikrometer) (Vorsäule), 300x8.0 mm, MZ-Gel SDplus, Porosität 100A (Angstroem, Ä) , 5 ym, 300x8.0 mm, MZ-Gel SDplus, Porosität 500A (Angstroem, Ä) , 5 ym; Elutionsmittel und Pumpenfluss: Methylethylketon (MEK) bei 1 ml/min, Standardsubstanz: Interner Standard - 1 g/1
Ethylbenzol in l%iger Proben-Lösung. Das Messgerät wird zuvor gegen eine geeignete Substanz kalibriert (Monomer, Dimer, Trisiloxan, etc.). Messgerät (Agilent) : 1100 Series isokratische Pumpe G1310A, 1100 Series Säulenofen G1316A,
1100 Series RID Detektor G1362A, Manueller Injektor G1328A, Vakuum Degasser G1322A, GPC-Software (PSS WinGPC Unity) .
Beispiele
Oktyltriethoxysilan, Propyltriethoxysilan, Dynasylan® 9265 ( Phenyltriethoxysilan) , Si 69®
(Bis (triethoxysilylpropyl) tetrasulfid) und VP Si 263® (3- Mercaptopropyltriethoxysilan) sind Silane der Firma Evonik Industries.
Marlosol ist ein Polyetheralkohol der Formel HO- (R5-0) m-R6 mit R5 = CH2CH2, R6 = Ci3H27 und m = 5 der Firma Sasol.
Beispiel 1
Herstellung aus VP Si 263® / Oktyltriethoxysilan / Marlosol (1:0,5:0,5) - 0,8 eq H20
In einer Rührapparatur werden VP Si 263® (417 g) und
Oktyltriethoxysilan (242 g) vorgelegt und auf 85°C erwärmt. Eine Mischung aus H20 (38 g) und konz. HCl (0,3 g, 37%ig) in EtOH (363 g) wird zugetropft und danach für 8,5 h gerührt. Nach beendeter Oligomerisierungsreaktion wird das Lösungsmittel und der entstandene Hydrolysealkohol unter Vakuum entfernt. Marlosol (368 g) und Tetra-n-butyltitanat (0,5 g) werden zugegeben und die Reaktion für 1 h auf 140°C erwärmt. Das entstehende EtOH wird destillativ unter vermindertem Druck entfernt. Das Sumpfprodukt (793 g, 95% d. Th.) ist eine viskose, orange-farbene Flüssigkeit.
Dichte (20°C) : 1,012 g/cm3
29Si-NMR: 3% Silan (VP Si 263®, Oktyltriethoxysilan), 49% M-Strukturen, 40% D-Strukturen, 9% T-Strukturen
GPC: Mn = 967 g/mol, Mw = 1234, Mz = 1536, PDI = 1,2761
Molare Verhältnis der Alkylpolyethergruppe -0- (R5-0) m-R6 zu Silicium = 0,33
Beispiel 2
Herstellung aus VP Si 263® / Propyltriethoxysilan /
Marlosol (1:0,5:0,5) - 0,8 eq H20
In einer Rührapparatur werden VP Si 263® (417 g) und
Propyltriethoxysilan (181 g) vorgelegt und auf 85°C
erwärmt. Eine Mischung aus H20 (38 g) und konz. HCl (0,3 g, 37%ig) in EtOH (363 g) wird zugetropft und danach für 8 h gerührt. Nach beendeter Oligomerisierungsreaktion wird das Lösungsmittel und der entstandene Hydrolysealkohol unter Vakuum entfernt. Marlosol (368 g) und Tetra-n-butyltitanat (0,5 g) werden zugegeben und die Reaktion für 1 h auf 140°C erwärmt. Das entstehende EtOH wird destillativ unter vermindertem Druck entfernt. Das Sumpfprodukt (751 g, 94% d. Th.) ist eine viskose, farblose Flüssigkeit.
Dichte (20°C) : 1,029 g/cm3
13C-NMR: 78,6 mol% SiOEt, 21,4 mol% SiOR
29Si-NMR: <1% Silan (VP Si 263®, Propyltriethoxysilan), 60% M-Strukturen, 35% D-Strukturen, 4% T-Strukturen
GPC: Mn = 757 g/mol, Mw = 1066, Mz = 1417, PDI = 1,4082
Molare Verhältnis der Alkylpolyethergruppe -0- (R5-0) m-R6 zu Silicium = 0,33
Beispiel 3
Herstellung aus VP Si 263® / Phenyltriethoxysilan
(Dynasylan® 9265) / Marlosol (1:0,5:0,5) - 0,8 eq H20
In einer Rührapparatur werden VP Si 263® (417 g) und
Dynasylan® 9265 (210 g) vorgelegt und auf 88°C erwärmt. Eine Mischung aus H20 (38 g) und konz. HCl (0,3 g, 37%ig)
in EtOH (363 g) wird zugetropft und danach für 6 h gerührt. Nach beendeter Oligomerisierungsreaktion wird das
Lösungsmittel und der entstandene Hydrolysealkohol unter Vakuum entfernt. Marlosol (368 g) und Tetra-n-butyltitanat (0,5 g) werden zugegeben und die Reaktion für 1 h auf 140°C erwärmt. Das entstehende EtOH wird destillativ unter vermindertem Druck entfernt. Das Sumpfprodukt (797 g, 99% d. Th.) ist eine viskose, leicht gelbe Flüssigkeit.
Dichte (20°C) : 1,050 g/cm3
29Si-NMR: 3% VP Si 263®, 1% Dynasylan® 9265, 51% M- Strukturen, 37% D-Strukturen, 8% T-Strukturen
GPC: Mn = 770 g/mol, Mw = 1013, Mz = 1300, PDI = 1,3156
Molare Verhältnis der Alkylpolyethergruppe -0- (R5-0) m-R6 zu Silicium = 0,33
Beispiel 4
Erfindungsgemäß: Herstellung aus VP Si 263® / Si 69® / Marlosol (1:0,5:0,5) - 0,8 eq H20
In einer Rührapparatur werden VP Si 263® (417 g) und Si 69® (466 g) vorgelegt und auf 98°C erwärmt. Eine Mischung aus H20 (38 g) und konz. HCl (0,3 g, 37%ig) in EtOH (363 g) wird zugetropft und danach für 8 h gerührt. Nach beendeter Oligomerisierungsreaktion wird das Lösungsmittel und der entstandene Hydrolysealkohol unter Vakuum entfernt.
Marlosol (368 g) und Tetra-n-butyltitanat (0,5 g) werden zugegeben und die Reaktion für 1 h auf 140 °C erwärmt. Das entstehende EtOH wird destillativ unter vermindertem Druck entfernt. Das Sumpfprodukt (1028 g, 98% d. Th.) ist eine viskose, gelbe Flüssigkeit.
Dichte (20°C): 1,082 g/cm3
1H-NMR: 40 mol% SH, 22 mol% S2, 27 mol% S3, 11 mol% Sx
13C-NMR: 87,5 mol% SiOEt, 22,5 mol% SiOR
29Si-NMR: 9% Silan, 72% M-Strukturen, 19% D-Strukturen
GPC: Mn = 1317 g/mol, Mw = 5501, Mz = 12291, PDI = 4,1778
Molare Verhältnis der Alkylpolyethergruppe -0- (R5-0) m-R6 zu Silicium = 0,33
Vergleichsbeispiel 5
Referenz gemäß EP 0964021: Herstellung aus Si 69® / PTEO (1:5) - 0,8 eq H20
In einer Rührapparatur werden Si 69® (240 g) und PTEO (464 g) vorgelegt und auf 75°C erwärmt. Eine Mischung aus H20 (45 g) und konz. HCl (0,5 g, 37%ig) in EtOH (436 g) wird zugetropft und danach für 12 h gerührt. Nach beendeter Oligomerisierungsreaktion wird das Lösungsmittel und der entstandene Hydrolysealkohol unter Vakuum entfernt. Das Sumpfprodukt (518 g, >99% d.Th.) ist eine viskose, gelbe Flüssigkeit .
29Si-NMR: 0% Silan PTEO, 0,4% Silan Si 69®, 1% M-Strukturen von PTEO, 69% M-Strukturen von Si 69 + D-Strukturen von PTEO, 28% D-Strukturen von Si 69® + T-Strukturen von PTEO, 1% T-Strukturen von Si 69®
GPC: Mn = 871 g/mol, Mw = 1473, Mz = 2337, PDI = 1,6916
Beispiel 6
Die für die Kautschukmischungen verwendete Rezeptur ist in der folgenden Tabelle 1 angegeben. Dabei bedeutet die
Einheit phr Gewichtsanteile bezogen auf 100 Teile des eingesetzten Rohkautschuks. Die oligomeren Silane werden, bezogen auf das in-situ eingesetzte Silan, isomolar eingesetzt. Die Mischungen werden in einem 1,5 1 Mischer (E-Typ) bei einer Batch-Temperatur von 155°C hergestellt.
Tabelle 1
Schwefel 2,1 2,1 2,1 2,1 2,1 2,1 2,1
Bei dem Polymer VSL 5025-2 handelt es sich um ein in Lösung polymerisiertes SBR-Copolymer der Bayer AG, mit einem
Styrolgehalt von 25 Gew.-% und einem Vinylanteil von 50 5 Gew.-%. Das Copolymer enthält 37,5 phr TDAE-Öl und weist
eine Mooney-Viskosität (ML l+4/100°C) von 47 auf.
Bei dem Polymer Buna CB 24 handelt es sich um ein cis-1,4- Polybutadien (Neodymtyp) der Bayer AG, mit cis-1, 4-Gehalt von mindestens 96 % und einer Mooney-Viskosität von 44+5.
10 Ultrasil 7000 GR ist eine leicht dispergierbare Kieselsäure der Evonik Industries AG und besitzt eine BET-Oberfläche von 170 m2/g.
Als TDAE Öl wird Vivatec 500 der Klaus Dahleke KG
verwendet, bei Vulkanox 4020 handelt es sich um 6PPD der
15 Lanxess Europe GmbH & Co. KG, bei Vulkanox HS/LG um TMQ der Lanxess und Protektor G3108 ist ein Ozonschutzwachs der
Paramelt B.V., bei ZnO RS handelt es sich um ZnO der
Arnsperger Chemikalien GmbH, bei EDENOR ST1 GS 2.0 um
Palmitin-Stearinsäure der Caldic Deutschland GmbH & Co. KG,
20 bei Aktiplast ST handelt es sich um einen Plastiziser der
RheinChemie, der aus einem Blend aus Kohlenwasserstoffen, Zn-Seifen und Füllstoffen besteht. Rhenogran DPG-80 besteht aus 80% DPG auf einem EVA/EPDM Träger der RheinChemie und Vulkacit CZ ist CBS von der Lanxess Europe GmbH & Co. KG.
25 Perkacit TBzTD (Tetrabenzylthiuramdisulfid) ist ein Produkt von Flexsys N.V..
Die Kautschukmischung wird dreistufig in einem Innenmischer gemäß Tabelle 2 hergestellt.
Tabelle 2:
Stufe 3
Einstellungen
Mischaggregat wie in Stufe 1 bis auf
Drehzahl 40 min"1
Durchflußtemp . 50 °C
Mischvorgang
0 bis 0,5 min Batch Stufe 2
0,5 bis 2 min Beschleuniger und Schwefel
2 min ausfahren und auf Labormischwalzwerk Fell bilden
(Durchmesser 200 mm, Länge 450 mm,
Durchflußtemperatur 50 °C)
Homogenisieren :
20 s bei Walzenspalt von 3-4 mm ein Fell bilden lassen, innerhalb von weiteren
40s: 3* links, 3* rechts einschneiden und umklappen sowie
3* bei engem Walzenspalt (3 mm) stürzen und
anschließend ein Fell ausziehen.
Batch-Temp . <110°C
Das allgemeine Verfahren zur Herstellung von Kautschuk- mischungen und deren Vulkanisate ist in "Rubber Technology
Handbook", W. Hofmann, Hanser Verlag 1994 beschrieben.
Die gummitechnische Prüfung erfolgt gemäß den in Tabelle angegebenen Prüfmethoden .
Tabelle 3:
Physikalische Testung Norm/ Bedingungen
Moving Die Methode: minimales DIN 53529/3, ISO 6502 Drehmoment
Zugversuch am Ring, 23°C DIN 53504, ISO 37
Spannungswerte
DIN Abrieb DIN ISO 4649, ISO 4649
Shore Härte DIN 53505, ISO 7619-1
Weiterreißwiderstand Die C ASTM D 624
Ball Rebound 70°C ASTM D 2632
Viskoelastische Eigenschaften DIN 53 513, ISO 2856
0 und 60°C, 16 Hz, 50 N Vorkraft
und 25 N Amplitudenkraft
Komplexer Modul E* (MPa)
Die Vulkanisation erfolgt bei einer Temperatur von 165°C und einer Dauer von 15 Minuten. In der Tabelle 4 sind die gummitechnischen Daten für Rohmischung und Vulkanisat angegeben .
Tabelle 4:
Die Kautschukmischungen enthaltend die erfindungsgemäßen oligomeren Silane zeigen ein verbessertes
5 Verarbeitungsverhalten (niedrigeres Drehmoment nach der 3.
Mischstufe) , verbessertes Verstärkungsverhalten (höhere Moduli und besserer Verstärkungsindex) , verbesserter
Rollwiderstand und verbessertem Weiterreißwiderstand gegenüber der isomolaren in-situ Mischung bzw. des oligomeren Silans gemäß EP 0964021.
Claims
Patentansprüche :
Oligomere Organosilane, enthaltend mindestens zwei unterschiedliche Struktureinheiten innerhalb eines Moleküls ausgewählt aus den Struktureinheiten A, B, C oder D verknüpft in beliebiger linearer, verzweigter oder zyklischer Anordnung
Y
(CH2)n R2 R^
I
-Si— O- -Si- -(CH2)n-Sz— (CH2)n-Si-0-
R' R
B
wobei Y = H, F, Cl, Br, I, SCN, SH, -Sx- (CH2)„SiRR oder -N(R8)2,
R8 gleich oder verschieden sind, H, (Ci-Ci6) Alkyl , - (CH2)2NH2, - (CH2)2NH- (CH2)2NH2 oder
- (CH2)2N[ (CH2)2NH2]2,
mit n = 1-8,
G = H, F, Cl, Br, I, SCN, SH, -Sx- (CH2) nSiRR1R2 oder -N(R8)2, wobei G ungleich Y ist,
R, R1, R2, R3, R4, R7 unabhängig voneinander, OH, (Ci-
Ci6)Alkyl, (C2-Ci6) Alkenyl, (C6-Ci4) Aryl, (C1-C4) Alkoxy, eine OSiR1R2R3-Gruppe oder eine Alkylpolyethergruppe -O- (R5-0)m-R6, mit R5 gleich oder verschieden, eine
verzweigte oder unverzweigte, gesättigte oder
ungesättigte, aliphatische zweibindige C1-C30
Kohlenwasserstoffgruppe, m im Mittel 1 bis 30, und R6 eine unsubstituierte oder substituierte, verzweigte
oder unverzweigte Ci-C30 Alkyl-, C2-C30 Alkenyl-, eine C6-Ci4 Arylgruppe, oder eine C7-C40 Aralkylgruppe ist, x im statistischen Mittel 1 - 6,
z im statistischen Mittel 1 - 6,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Gruppe R,
R1, R2, R3, R4 oder R7 eine Alkylpolyethergruppe -0- (R5- 0)m-R6 ist.
2. Oligomere Organosilane gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das Molekulargewicht zwischen 400 und 100000 g/mol ist.
3. Oligomere Organosilane gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das oligomere Organosilan die Struktureinheiten A und B und C enthält, wobei R7 gleich einer Alkylpolyethergruppe -O- (R5-0) m-R6 ist.
4. Oligomere Organosilane gemäß Anspruch 3, wobei in
Struktureinheit A, n = 3, Y = SH, in Struktureinheit B, R1 = Ethoxy oder Alkylpolyethergruppe -O- (R5-0) m-R6, R2 = Ethoxy oder Alkylpolyethergruppe -O- (R5-0) m-R6, n = 3, z = 2-4, und in Struktureinheit C, R = Phenyl, Propyl oder Oktyl und R3 = Ethoxy oder Alkylpolyethergruppe -
O- (R5-0)m-R6 ist.
5. Oligomere Organosilane gemäß Anspruch 4, wobei das
molare Verhältnis des molaren Anteils der
Struktureinheit A zur Summe der molaren Anteile der Struktureinheiten B und C größer eins ist.
6. Oligomere Organosilane gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das oligomere Organosilan die Struktureinheiten A und B enthält, wobei R7 gleich einer Alkylpolyethergruppe -O- (R5-0) m-R6 ist.
7. Oligomere Organosilane gemäß Anspruch 6, wobei in
Struktureinheit A, n = 3, Y = SH, in Struktureinheit B, R1 = Ethoxy oder Alkylpolyethergruppe -O- (R5-0) m-R6, R2
= Ethoxy oder Alkylpolyethergruppe -0- (R5-0) m-R6, n = 3, z = 2-4 ist.
8. Oligomere Organosilane gemäß Anspruch 7, wobei das
molare Verhältnis des molaren Anteils der
Struktureinheit A zum molaren Anteil der
Struktureinheit B größer eins ist.
9. Oligomere Organosilane gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das oligomere Organosilan die Struktureinheiten A und D enthält, wobei R7 gleich einer Alkylpolyethergruppe -O- (R5-0) m-R6 ist.
10. Oligomere Organosilane gemäß Anspruch 9, wobei in
Struktureinheit A, n = 3, Y = SH, und in
Struktureinheit D, G = Cl oder NH2, n = 3, R4 = Ethoxy oder Alkylpolyethergruppe -O- (R5-0) m-R6 ist.
11. Oligomere Organosilane gemäß Anspruch 10, wobei das
molare Verhältnis des molaren Anteils der
Struktureinheit A zum molaren Anteil der
Struktureinheit D größer eins ist.
12. Oligomere Organosilane gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das oligomere Organosilan die
Struktureinheiten A und C und D enthält, wobei R7 gleich einer Alkylpolyethergruppe -O- (R5-0) m-R6 ist.
13. Oligomere Organosilane gemäß Anspruch 12, wobei in
Struktureinheit A, n = 3, Y = SH, in Struktureinheit C, R = Phenyl, Propyl oder Oktyl und R3 = Ethoxy oder
Alkylpolyethergruppe -O- (R5-0) m-R6 und in
Struktureinheit D, G = Cl oder NH2, R4 = Ethoxy oder Alkylpolyethergruppe -O- (R5-0) m-R6, n = 3 ist.
14. Oligomere Organosilane gemäß Anspruch 13, wobei das
molare Verhältnis des molaren Anteils der
Struktureinheit A zur Summe des molaren Anteils der Struktureinheiten C und D größer eins ist.
15. Oligomere Organosilane gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oligomere Organosilan die Struktureinheiten A und C enthält, wobei R7 gleich einer Alkylpolyethergruppe -O- (R5-0) m-R6 ist.
16. Oligomere Organosilane gemäß Anspruch 15, wobei in
Struktureinheit A, n = 3, Y = SH, und in
Struktureinheit C, R = Phenyl, Propyl oder Oktyl und R 3 = Ethoxy oder Alkylpolyethergruppe -O- (R5-0) m-R6 ist.
17. Oligomere Organosilane gemäß Anspruch 16, wobei das molare Verhältnis des molaren Anteils der
Struktureinheit A zum molaren Anteil der
Struktureinheit C größer eins ist.
18. Verfahren zur Herstellung der oligomeren Organosilane gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, dass man in einem ersten
Verfahrensschritt die Verbindungen der Formel I-IV
RJ (CH2)n
R9— Si— R9 R9— Si— R9
R R4
III IV
entsprechend der molaren Verhältnisse in Gegenwart von Wasser bei Temperaturen von 0-150°C
oligomerisiert/polymerisiert ,
und in einem zweiten Verfahrensschritt mit einem
Alkylpolyetheralkohol der Formel HO- (R5-0) m-R6 umsetzt, wobei Y, G, R, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, n, m, u, x und z die gleiche Bedeutung wie in Anspruch 1 haben und R9 gleich H, F, Cl, Br, I, (Ci-Ci6) Alkoxy ist.
19. Verfahren zur Herstellung der oligomeren Organosilane gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass man die Reaktion in Gegenwart eines Katalysators durchführt.
20. Verfahren zur Herstellung der oligomeren Organosilane gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator im ersten Verfahrensschritt HCl und im zweiten Verfahrensschritt Tetrabutylorthotitanat ist.
21. Verfahren zur Herstellung der oligomeren Organosilane gemäß den Ansprüchen 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass man die Reaktion in einem Lösungsmittel
durchführt.
22. Verfahren zur Herstellung der oligomeren Organosilane gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel Essigsäureethylester oder Ethanol ist.
23. Verwendung der oligomeren Organosilane gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 in Kautschukmischungen.
24. Kautschukmischungen, enthaltend ein oligomeres
Organosilan gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17.
25. Kautschukmischungen gemäß Anspruch 24, dadurch
gekennzeichnet, dass das oligomere Organosilan in einer Menge von 0,1 bis 15 Gew.% bezogen auf die Menge des eingesetzten Kautschuks eingesetzt wird.
26. Verwendung der Kautschukmischung gemäß einem der
Ansprüche 24 oder 25 zur Herstellung von Reifen,
Profile, Kabelmänteln, Schläuchen, Treibriemen,
Förderbänder, Reifenbeläge, Schuhsohlen, Dichtungsringe und Dämpfungselemente.
27. Oligomere Organosilane, erhältlich nach einem Verfahren gemäß Ansprüchen 18 bis 22.
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